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第1章 绪论1

1.1 概述2

1.1.1 机床数字控制的基本概念2

1.1.2 数控加工原理2

1.1.3 数控机床的组成3

1.1.4 数控机床的特点4

1.1.5 数控机床的适用范围5

1.2 数控机床的分类6

1.2.1 按运动轨迹分类6

1.2.2 按伺服驱动系统控制方式分类7

1.2.3 按功能水平分类8

1.2.4 按工艺用途分类9

1.3 数控技术的应用与发展9

1.3.1 数控技术的发展历程及趋势9

1.3.2 数控技术与现代制造系统12

1.4 习题与思考题15

第2章 数控机床的程序编制17

2.1 概述18

2.2 数控编程基础知识19

2.2.1 与数控机床编程有关的标准19

2.2.2 数控机床坐标轴和运动方向的确定19

2.2.3 数控加工程序格式22

2.2.4 数控编程的内容和步骤24

2.2.5 数控加工程序编制方法27

2.3 数控编程中的数值计算28

2.3.1 二维轮廓零件的数学处理28

2.3.2 空间曲线的数学处理37

2.4 手工编程38

2.4.1 工艺规划38

2.4.2 常用基本编程指令及其应用43

2.4.3 编程实例50

2.5 自动编程53

2.5.1 语言式自动编程54

2.5.2 自动编程系统软件的总体结构55

2.5.3 图形交互式自动编程56

2.6 数控编程技术的发展56

2.6.1 典型的CAD/CAM软件介绍57

2.6.2 数控编程技术的国内外发展状况58

2.7 习题与思考题58

第3章 计算机数控系统61

3.1 概述62

3.1.1 CNC系统的功能62

3.1.2 CNC系统的组成及工作流程63

3.2 CNC装置的硬件结构64

3.3 CNC装置的软件结构71

3.3.1 CNC装置的软硬件界面71

3.3.2 CNC装置软件结构特点71

3.3.3 常规CNC装置的软件结构74

3.4 数控机床用可编程控制器80

3.4.1 PLC的结构、工作原理及编程系统81

3.4.2 数控机床用PLC86

3.4.3 PLC在数控机床中的应用92

3.5 CNC装置的I/O接口及通信网络93

3.5.1 数控装置的I/O接口93

3.5.2 CNC装置的数据通信接口95

3.6 典型的CNC装置97

3.6.1 CNC装置的主要生产厂家及其典型产品97

3.6.2 国外主要CNC装置及其特点99

3.6.3 国内主要CNC装置及其特点101

3.7 习题与思考题103

第4章 插补原理与刀具补偿技术105

4.1 概述106

4.2 刀具补偿技术107

4.2.1 刀具位置或刀具长度补偿107

4.2.2 刀具半径补偿108

4.2.3 C功能刀具半径补偿109

4.2.4 刀补的执行过程117

4.3 数控机床的插补原理118

4.3.1 逐点比较法119

4.3.2 数字积分法124

4.3.3 数字积分法插补质量的提高130

4.3.4 数据采样插补134

4.3.5 其他插补方法简介140

4.4 进给速度与加减速控制143

4.4.1 进给速度控制143

4.4.2 加减速度控制145

4.5 习题与思考题149

第5章 数控机床的驱动与位置控制151

5.1 概述152

5.2 伺服系统的驱动元件154

5.2.1 步进电动机154

5.2.2 直流伺服电动机158

5.2.3 交流伺服电动机161

5.2.4 直线电动机163

5.3 进给驱动165

5.3.1 对进给驱动的要求165

5.3.2 步进电动机驱动（控制）电路166

5.3.3 直流电动机的速度控制单元173

5.3.4 交流电动机的速度控制单元179

5.4 主轴驱动184

5.4.1 对主轴驱动的要求184

5.4.2 直流主轴控制单元185

5.4.3 交流主轴电动机控制单元186

5.5 数控机床常用的检测装置190

5.5.1 位置检测装置的要求和分类190

5.5.2 旋转变压器191

5.5.3 感应同步器192

5.5.4 脉冲编码器193

5.5.5 光栅尺195

5.5.6 磁尺（磁栅）197

5.6 位置控制198

5.6.1 数字脉冲比较伺服系统198

5.6.2 相位比较伺服系统199

5.6.3 幅值比较伺服系统200

5.7 习题与思考题200

第6章 数控机床的机械结构与部件201

6.1 概述202

6.2 数控机床的主传动系统及主轴部件204

6.2.1 主传动系统204

6.2.2 主轴变速方式205

6.2.3 数控机床的主轴部件207

6.2.4 主轴的准停装置与C轴单元211

6.2.5 高速电主轴213

6.3 数控机床的进给运动系统214

6.3.1 对进给系统的性能要求215

6.3.2 滚珠丝杠螺母副215

6.3.3 消除间隙的齿轮传动机构221

6.3.4 数控机床的导轨副224

6.3.5 直线电动机传动227

6.4 数控机床自动换刀系统228

6.4.1 数控车床与车削中心刀架系统228

6.4.2 加工中心自动换刀系统230

6.5 数控分度工作台和回转工作台235

6.5.1 数控分度工作台235

6.5.2 数控回转工作台237

6.6 习题与思考题241

第7章 数控机床的故障诊断243

7.1 概述244

7.1.1 数控机床的可靠性与故障244

7.1.2 数控机床常见故障分类245

7.1.3 数控机床故障诊断的流程245

7.2 数控系统故障自诊断技术248

7.2.1 数控机床自身硬件的自诊断248

7.2.2 数控系统自身软件的自诊断249

7.2.3 数控机床外部信号的自诊断250

7.3 数控机床的故障诊断250

7.3.1 数控机床的机械故障诊断250

7.3.2 数控机床位置检测装置故障诊断256

7.3.3 数控机床伺服系统故障诊断259

7.3.4 PLC检测伺服系统故障及处理269

7.4 习题与思考题271

第8章 现代数控技术273

8.1 开放式数控系统274

8.1.1 开放式数控系统的产生背景274

8.1.2 开放式数控系统的基本特征275

8.1.3 国内外开放式数控系统的研究动向276

8.1.4 开放式数控系统的关键技术和研究方法282

8.2 并联机床283

8.2.1 并联机床的产生与发展283

8.2.2 并联机床的设计理论与关键技术284

8.2.3 并联机床的控制技术287

8.2.4 典型并联机床CNC系统290

8.3 习题与思考题292

第9章 实验293

9.1 数控车床的操作与加工实验293

9.2 数控铣床的操作与加工实验294

9.3 数控系统组成及其外设接口实验296

9.4 机床用可编程控制器（PLC）编程与调试实验297

9.5 插补原理实验298

9.6 加减速控制及其实现实验299

9.7 伺服电动机控制实验299

9.8 数控机床位置检测装置实验300

9.9 数控机床典型机械结构拆装实验301

参考文献303